压力速度 〔PV〕 关系对导螺杆设计的影响.docx

压力速度PV关系对导螺杆设计的影响压力速度PV关系对导螺杆设计的影响zhangting导语：在对使用聚合物螺母的导螺杆装置进展正确设计与选型时，压力速度PV因子是一个关键设计参数。在对使用聚合物螺母的导螺杆装置进展正确设计与选型时，压力速度PV因子是一个关键设计参数。固然大多数工程聚合物都列出了PV参数，但在考虑螺母负荷额定值时，这个参数一般都被忽略了，更多地被应用于径向衬套和滑动应用。PV参数通过螺母和螺杆之间压力和速度的乘积来定义导螺杆装置的性能范围。塑料具有一个固有的PV额定限值，而在某些条件下运行的系统的PV可以计算出来。简单地讲，施加到导螺杆上的负荷越大，就必须将它转动得越慢，以防止超过螺母的PV限值。反之亦然，速度越大，负荷容量越小。塑料的PV额定值是由特定产品的材料复合人员赋予的。常见的复合塑料有杜邦公司的DelrinAF、Quadrant公司的Torlon和GEPlastics公司的LNPLubriloy。材料复合人员负责对所选的树脂和添加剂进展配方设计。添加剂通常用来进步构造和摩擦性能。材料复合人员通常使用材料圆盘在一个钢外表上进展PV测试。通过改变样品的负荷和速度，可测出磨损拐点，因此测出材料的PV限值。固然根底树脂具有一个特定PV额定值，但通过添加光滑剂和其他复合物，可将该额定值大大进步。这样就为设计人员提供了很大的灵敏性，可以针对他们的应用获得适宜的PV范围。应该留意的是，各个公司的测试方法有所不同，因此在选择一种材料时，最好要对来自单一材料复合人员的不同塑料进展比拟。我们将会看到，也可以通过改变导螺杆部件的几何外形来改变系统的PV值。令人吃惊的是，大多数设计人员在设计他们的系统时，只是简单地考虑螺母负荷额定值，而忽略速度的影响，这会导致迅速而忽然的失效。导螺杆的主要失效形式为磨损和PV。当摩擦产生的热量积累到超过螺母的最高使用温度时，会导致PV失效。在较低的PV值下，磨损速度增加，进而会缩短螺母的使用寿命。通过在PV值范围内进展设计，可以使得失效只是因磨损而发生。磨损是一种较慢和线性程度较大的失效类型，可以在设计中加以考虑。align=center图/align任意给定材料的PV限值可在一个PV图上来表示见图1。这是通过将压力和速度的乘积设置为材料的PV限值来实现的见等式1。压力被定义为施加到螺母上的轴向力除以它的投影轴承面积所得的结果，而速度被定义为两个外表之间的滑动速度。通过求解压力或者速度，就可以绘制出所需速度或者压力范围内的曲线。为了防止失效，必须将系统的PV值保持在材料PV曲线的下面。为了确定材料的PV限值怎样与导螺杆装置的系统PV值相关，需要对它的几何外形进展分析。先通过获得螺旋线长度来计算螺母和螺杆的螺纹之间的投影接合面积见等式5。这是在发生理论螺纹接合的节圆直径上沿螺纹行进的一条假想线。通过将螺纹的螺旋线展开，我们可以通过一个三角形对它进展分析，其中，直角三角形的斜边代表螺纹旋转一圈的螺旋线长度见等式4。节圆直径和螺纹导程为直角三角形的底和高。对斜边进展求解，并乘以螺母中的螺纹圈数和螺纹线数，就会得到螺旋线总长度。将螺旋线长度乘以螺母与螺杆之间的螺纹接合深度，可计算出二者之间的接触面积见等式2。外表速度可通过将每圈的螺旋线长度乘以旋转速度来计算见等式3。实际操纵中会产生一个复杂因素。由于螺母所用聚合物材料的固有刚度，在螺母和螺纹之间会发生偏转见图2。这种偏转可导致螺母的螺纹发生像梁弯曲中发生的那种旋转，使螺母与螺杆之间的接触面降低。随着这种接触面降低的发生，接触面进一步向导杆螺纹的牙侧上方挪动，直到大局部负荷被施加到螺纹大径附近见图3。这种情况将对给定负荷下两个部件之间的压力产生负面影响。实际上，很难计算出这种面积的减少终究有多大。不幸的是，面积会随负荷的增加而降低，这样就加重了与PV有关的失效的趋势，进而保持在性能范围以内显示特别重要。要解决这个问题，需要将一个校正因子Cf应用于投影面积。随着负荷从轻负荷增加到满额定负荷容量，此因子通常在大约0.75至0.25范围内。align=center图二/alignalign=center图三/align通过计算螺旋线长度、测定压力并将压力乘以外表速度，就可以计算出一个系统PV值。确保单位为psift/min或者MPam/s，这样就可以将结果与材料的PV额定值进展比拟。建议使用平安因子2。人们已留意到，当系统压力超过PV限值的二分之一时，磨损就会加速。因此，固然不会发生忽然失效，但系统的磨损寿命将会缩短。另外，还可以绘制一个负荷对RPM或者螺母线性速度的曲线图。通过将压力除以校正后的接触面积，可绘制一条对负荷的PV曲线，并且可以对RPM进展求解见等式3，以便可以将外表速度表示为旋转速度。其结果就是，可以针对特定导螺杆系统绘制出一个允许负荷与速度的便利图形关系曲线。当位于曲线下面区域中时，导螺杆装置的失效形式主要是磨损失效。控制PV范围的方式主要有以下几种：改变聚合物复合材料或者根底树脂可导致PV限值增加，这样就可有效地将PV曲线在PV图上向上和向右挪动，进而进步系统的性能图1；降低部件之间的摩擦也可导致PV限值增加，降低摩擦的方式包括将光滑剂复合到塑料中、向螺杆中参加光滑脂和使用干膜光滑剂；改变螺母的几何尺寸可降低给定负荷和速度下的系统PV值，例如，较长的螺母将会降低螺纹上的压力，在一个长度为螺杆直径4倍的螺母四周的某个位置上，会发生回程减小。由于在计算导螺杆系统的PV值时具有某种程度的固有复杂性，因此所得的结果总存在某些不确定性。但是，假如对互相关系和互相作用加以理解，将会非常有助于进展公道设计。另外，导螺杆的厂商还应该提供给用支持。这或者许是对PV值进展验证的最好方法，由于他们拥有最可靠的材料和系统PV信息。在缺乏这种信息的情况下，请参考以下经历：假定多数产品目录负荷额定值在大约500rpm的转速下都是准确的，高于该值的转速可能需要工作负荷的相应降低。假如在应用中需要超过PV值一个较大量，那么应将负荷系数保持在10或者20%。等式1:PV=轴向力1bf或者N/投影轴承面积in2或者m2×线速度ft/min或者m/s等式2:A=lH×dt×cfin2或者m2等式3:V=lHR×rpm/12ft/min或者lHR×rpm/60m/s等式4:lHR=Dp2+L2in或者m等式5:lH=lHR×ln/L×Stin或者mA:投影轴承面积in2或者m2V:两个外表之间的滑动速度ft/min或者m/slHR:每圈的螺旋线长度in或者mlH:螺母中的螺旋线总长度in或者mln:螺母长度in或者mL:螺纹导程in或者mDp:螺纹节圆直径in或者mSt:螺纹线数dt:螺纹接合深度Cf:校正因子.25-.75rpm:螺母和螺杆之间的旋转速度rev/min0